中压船舶直流供电系统限流开断技术

中压直流供电系统是未来船舶供电的一个典型应用场景,中压直流断路器则是保障该供电系统安全可靠运行的关键设备之一。船舶供电系统的阻抗小,故障电流及其上升率大,故要求直流断路器兼具故障限流与大容量开断功能。该文首先简述船舶供电系统的特点及直流故障的电流特性,然后重点介绍了基于固态开关分断技术的全固态直流断路器和混合型直流断路器的研究进展,分析了它们的优缺点,并对它们在中压船舶直流供电系统中的应用进行了工程和技术的可行性分析。最后对单向分断新型强迫换流原理的混合型断路器方案在10kV/5kA系统的应用进行了可行性分析,并对其工程应用需要攻克的难点及关键技术进行了展望。

模块化多电平变流器型中压直流牵引供电系统控制方法研究

针对当前交流电气化铁道存在的电能质量和过分相等问题,研究一种适用于高速铁路的模块化多电平变流器(MMC)型中压直流牵引供电系统(MVDC TPSS)。针对系统运行控制问题,提出一种多牵引变电所(TSS)并联运行协调控制方法,用于抑制牵引网直流电压的波动,提高牵引网直流电压水平,使系统具备更高的可靠性与即插即用性能。从MMC的等效简化模型出发,建立MMC型牵引变电所的控制小信号模型,推导出牵引变电所输出电流与牵引网直流电压间的小信号传递函数,研究输出电流前馈控制对系统动态性能的影响,分析在牵引负荷移动时控制系统的稳定性。最后搭建详细仿真模型,模拟实际牵引供电系统的运行工况,验证所提控制方法的有效性。

柔性中压直流铁路牵引供电系统分布式协调控制策略

柔性中压直流铁路牵引供电系统可缓解传统工频单相交流25 kV铁路牵引供电系统存在的电能质量问题并取消电分相。针对柔性中压直流铁路牵引供电系统中并联牵引变电所的协调控制问题,提出了一种分布式协调控制策略。该控制策略由两级控制组成,牵引变电所的一级控制通过下垂控制实现负载功率的一次分配。二级控制与相邻牵引变电所进行信息交互,利用有限时间一致性算法,实现各牵引变电所输出电压平均值二次调节。该控制策略在维持牵引网直流电压稳定的同时,实现负载功率的就近分配,减小了系统供电损耗。当某牵引变电所超负荷或故障退出时,可由距其最近的牵引变电所补充出力,避免供电中断事故,提升了牵引供电系统的供电可靠性。进一步地,建立详细的柔性中压直流铁路牵引供电系统仿真模型,模拟真实的机车运行工况,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

中压直流供电系统远端站点接地状态扫频阻抗检测法

为解决中压直流供电系统中远端站点设备外壳接地状态远距离检测问题,提出了一种基于扫频阻抗的远端站点接地状态检测方法。首先建立了中压直流供电系统的中心站点、传输线路及远端站点模型,并将远端站点接地状态分为正常接地、远端接地断开以及远端与电缆接地均断开3种状态。通过理论分析,在中心站点并联一个高频交流源支路,检测高频交流源输出端对地阻抗,可以判断远端站点接地状态。基于PSpice及PSCAD的仿真研究发现,利用扫频方法得到网络正常接地状态时的谐振频率,并设置交流源频率为该频率,可提高对地阻抗检测方法的区分度。根据得到的电流扫频曲线,发现不同接地状态时电流扫频曲线中平均谐振频率会发生改变,平均谐振频率与线路传输距离长度有关。对150、500及1 000 m长度的单条线路,300 m & 800 m、500 m & 1 000 m长度的双传输线路远端站点接地状态进行检测,仿真验证了扫频阻抗检测方法的可行性。最后,提出了针对中压直流供电系统中远端站点接地状态的检测算法流程图。

扩展P-ROQR环流抑制策略在船舶MMC-MVDC电力系统中的应用

为了解决船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用的模块化多电平变换器(MMC)存在的环流问题,分析自阻型MMC的拓扑结构及环流产生机理,采用基于2阶广义积分器(SOGI)的滤波器过滤环流中的直流分量。对于环流中的交流分量,提出一种基于比例降阶准比例谐振控制器的新型环流抑制器对其进行抑制。在MATLAB/Simulink软件中搭建船舶自阻型MMC-MVDC电力系统模型。仿真结果表明:所提策略能有效抑制环流中的交流分量;自阻型MMC应用于逆变侧时具有直流故障闭锁能力。所提策略应用于船舶MMC-MVDC电力系统的环流抑制效果优异,同时具有减少桥臂电流畸变,稳定子模块电容电压的作用。

船舶中压直流电力系统配电网络重构技术研究

船舶电力系统网络重构是一个多目标组合优化问题。针对船舶中压直流综合电力推进系统,建立其配电网络拓扑模型,设计改进的节点电势法对其配电网络进行潮流计算,研究其各支路故障情况下的线路电流与功率分布。根据负荷恢复量、稳定性及开关动作量,建立配电网络的故障重构模型。结合自适应权重法和杂交池算法,并设计"定向变异法"对粒子群算法予以改进,增强寻优速度及全域搜索能力,将其运用于配电网络的故障重构模型的求解。算例结果表明,利用该算法能更快速地获得更完备的重构方案,算法具有较强的寻优性能。

基于模糊逻辑混合储能管理策略在船舶中压直流电力系统中的应用研究

在船舶中压直流MVDC(medium-voltage direction current)电力系统中,混合储能系统HESS(hybrid en-ergy storage system)的能量管理策略,可以极大地影响系统的能量利用效率。模糊逻辑能量管理策略,既可以预测HESS的参考功率,以满足负载功率的需求,又可以实现锂电池组和超级电容器组之间的能量分配。用组合型多通道交错双向电流MMBDC(modular multilevel bidirectional current)连接HESS和母线,既可降低开关电流和电压应力,又可减小电感量。在Matlab/Simulink中,建立了MVDC电力系统、HESS、恒功率负载和脉冲负载模型,仿真结果表明:模糊逻辑控制器可以较为准确地预测负载功率的变化并较好地平衡锂电池组和超级电容器组之间的能量分配,为后续船舶中压直流电力系统的能量管理研究奠定了基础。

一种适合船舶中压直流电力系统的MMC并联结构

鉴于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)桥臂额定电流难以满足船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统逐渐增大的功率传输需求,设计一种适用于船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构。应用MATLAB/Simulink,分别在MMC并联结构和MMC基本结构下,建立MMC-MVDC电力系统仿真模型。仿真结果表明,在传输同样大的功率时,采用MMC并联结构的桥臂电流明显比采用MMC基本结构的桥臂电流小,能克服MMC子模块中IGBT元件额定电流较小的障碍。

船舶中压直流系统中模块化多电平变换器的并联拓扑与控制优化

在船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统中,并联式模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)因可以承担较大的桥臂电流逐渐受到关注,但MMC并联存在环流问题,会导致功率损耗和系统成本增加。为减少并联MMC的环流,首先对并联结构中子模块数对输出电压、交流侧总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、传输效率的影响进行研究,找到最优子模块数,然后在分析MMC环流产生机理的基础上设计一种基于内模控制(internal model control,IMC)的并联协调控制策略,以此建立并联MMC-MVDC电力整流系统模型。MATLAB/Simulink的仿真结果表明,采用基于IMC的协调控制策略可有效减少并联MMC的环流,并提高桥臂承担电流的能力。

船舶中压直流系统接地保护研究

由于船舶中压直流电网的特殊性,现有差动保护和变流器保护不能满足整个系统保护的可靠性要求。本文以一种船舶中压直流系统为例,研究了中性点高阻接地方式的接地故障特性,分析了差动保护方案和变流器保护的不足,提出了通过电子式电流互感器进行测量的零序差动和特征频率电压接地保护方案,提高了保护灵敏度。通过SIMULINK仿真分析验证了该保护方法具有可行性。

自阻型MMC整流器在船舶中压直流电力系统中的应用

针对半桥型模块化多电平换流器(MMC)不具备处理直流故障的能力,采用一种自阻型子模块结构的MMC作为整流器,并在船舶中压直流(MVDC)电力系统中应用。搭建基于MMC的船舶MVDC环形电力系统模型,采用双闭环解耦控制、载波移相调制、子模块电容电压平衡和环流抑制综合控制策略;在Matlab/Simulink环境中,对其进行仿真验证。仿真结果表明,该综合控制策略可行。自阻型MMC的整流器可为船舶MVDC电力系统提供良好的稳态性能、动态性能和直流故障处理能力,可为船舶MVDC电力系统的进一步研究奠定基础。

ABB推出用于直流牵引供电系统的全新开关系列DCGear

全球技术领导企业ABB在中国贵阳的轨道交通客户活动上推出全新的中压开关系列DCGear，进一步强化了其综合节能型直流牵引供电产品系列。新推出的DCGear开关设备，以高性能、稳定、少维护的特性丰富了ABB在直流牵引供电领域的产品组合。该系列产品主要用于750V和1500V直流牵引供电系统，适用于地铁、有轨电车和轻轨领域。

3种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器并减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,致使电网结构复杂,成本高。文章提出3种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC)、基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。对3种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波、功耗、体积、故障特性等方面进行比较,最后通过仿真进一步阐述不同结构在运行波形上的差异。通过分析各结构的特性,为中压直流电网在船舶上的应用提供参考。

船舶直流电站电力推进系统的研究

船舶电力推进因其绿色、高效、稳定将成为今后船舶制造的新方向。直流电站电力推进系统是船舶电力推进的一种最前沿的形式,所以有必要对直流电站电力系统的组成、类型、优点、国内外发展情况作一定的归纳与介绍,并着重对中压直流电站电力系统的技术难点、瓶颈进行分析。

船舶交直流混合电力系统接地方式对直流共模电压影响研究

针对船舶交直流混合电力系统中交流侧故障引起直流共模波动的问题,首先通过将不控整流桥转换成开关函数,对常见的三种系统拓扑结构故障回路进行了简化;然后,分析了在故障下发电机中性点接地电阻值对直流单极电压波动的影响,得出了不同拓扑结构下发电机中性点接地方式的选择依据;最后,运用PSCAD/EMTDC仿真验证了该结论的正确性,为接地方式的综合选定提供了重要依据。

船舶直流电力系统建模与仿真

根据船舶直流电网的组成,分析了柴油机(原动机)调速系统、同步发电机励磁系统和三相整流模块,并在此基础上建模。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,在发电机空载、稳定带载、突变负载情况下进行仿真实验。仿真结果表明,在加、减负载时船舶直流电力系统具有稳定性。

基于多元宇宙融合算法的船舶电网重构研究

本文提出了一种基于改进的多元宇宙(Multi-Verses Optimization, MVO)和优劣距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)融合算法的船舶电力系统故障重构方法。在多元宇宙算法基础上引入变异操作,融合TOPSIS算法,对多个宇宙的适应度进行评价,选出最优个体。通过实例分析和仿真验证表明,所提出的算法不易陷入局部最优,收敛速度快,在求解船舶电力系统故障重构问题上具有较强的优越性。

基于模块化多电平变换器的无电容设计型船舶中压直流电网控制与故障保护

船舶直流电网中通常存在大容量的电容,不仅占用空间,而且在直流侧短路故障时产生巨大的放电电流,不利于故障保护,针对此问题,本文提出了一种无电容器设计的船舶中压直流电网结构,以避免直流侧短路时的电容放电过程。与常规直流电网不同的是,该电网电压存在较大波动,为了避免其对负载及变换器调制的影响,所提出的直流电网采用模块化多电平变换器作为接口变换器,实现DC/DC,DC/AC等变换。本文针对直流侧无电容后,增大的电压谐波对变换器的影响进行了分析,对模块化多电平变换器直流侧电压控制提出两种解决方法,并针对所提出的电网结构,分析了故障情况下的特征识别和协同操作的保护策略。最后通过PLECS仿真与实验数据验证了所提电网拓扑与模块化多电平变换器控制方法的正确性。

中压直流大电流数据采集元件现状分析

中压直流电力系统具有总体重量轻、体积小、效率高等优点已成为了下一代船舶电力系统的发展方向。国内对船舶中压直流电力系统研究刚刚起步,对其数据采集元件的研究更少。文章对中压直流电力系统船舶的数据采集元件进行分析选型,为数据采集系统构建奠定基础。

武汉国产轨道交通直流牵引系统投入使用

日前,随着武汉市地铁4号线二期通车,我国首套具有完全自主知识产权的轨道交通直流牵引供电系统正式投入整线使用。该系统由中国船舶重工集团公司第七一二研究所研制、武汉中直电气公司生产,整体性能达到国际先进水平。